Regulador de presión

Bombonas de oxígeno y gas MAPP con reguladores de presión de dos etapas

Diagrama esquemático del regulador reductor de presión (A) y del regulador de contrapresión (B). Los diagramas superiores muestran el estado normal de las válvulas, que normalmente está abierto para los reductores de presión y normalmente cerrado para las válvulas de contrapresión.

• 1. Tornillo de ajuste de presión
• 2. Muelle
• 3. Actuador
• 4. Puerto de entrada (alta presión)
• 5. Puerto de salida (baja presión)
• 6. Cuerpo de válvula
• 7. Corona y asiento de válvula

Símbolos de diagrama para reguladores de reducción de presión y contrapresión. La diferencia conceptual es principalmente de qué lado se toma la retroalimentación.

Un regulador de presión es una válvula que controla la presión de un fluido o gas a un valor deseado, utilizando retroalimentación negativa de la presión controlada. Los reguladores se utilizan para gases y líquidos, y pueden ser un dispositivo integral con un ajuste de presión, un restrictor y un sensor en un solo cuerpo, o consistir en un sensor de presión separado, un controlador y una válvula de flujo.

Se encuentran dos tipos: El regulador de reducción de presión y el regulador de contrapresión.

• Un regulador reductor de presión es una válvula de control que reduce la presión de entrada de un fluido o gas a un valor deseado en su salida. Es una válvula normalmente abierta y se instala aguas arriba de un equipo sensible a la presión.
• Un regulador de contrapresión, válvula de contrapresión, válvula de soporte de presión o regulador de soporte de presión es una válvula de control que mantiene la presión establecida en su lado de entrada al abrirse para permitir el flujo cuando la presión de entrada excede el valor establecido. Se diferencia de una válvula de alivio de sobrepresión en que la válvula de sobrepresión solo está destinada a abrirse cuando la presión contenida es excesiva, y no es necesario mantener constante la presión aguas arriba. Se diferencian de los reguladores reductores de presión en que el regulador reductor de presión controla la presión aguas abajo y es insensible a la presión aguas arriba. Es una válvula normalmente cerrada que puede instalarse en paralelo con un equipo sensible o después del equipo sensible para proporcionar una obstrucción al flujo y, por lo tanto, mantener la presión aguas arriba.

Ambos tipos de reguladores utilizan retroalimentación de la presión regulada como entrada al mecanismo de control, y comúnmente son accionados por un diafragma o pistón con resorte que reacciona a los cambios en la presión de retroalimentación para controlar la apertura de la válvula, y en ambos casos la válvula debe abrirse solo lo suficiente para mantener la presión regulada establecida. El mecanismo real puede ser muy similar en todos los aspectos, excepto en la colocación del grifo de presión de retroalimentación. Al igual que en otros mecanismos de control de retroalimentación, el nivel de amortiguación es importante para lograr un equilibrio entre la respuesta rápida a un cambio en la presión medida y la estabilidad de la salida. La amortiguación insuficiente puede provocar oscilaciones de caza de la presión controlada, mientras que la fricción excesiva de las partes móviles puede causar histéresis.

Regulador reductor de presión

Funcionamiento

La función principal de un regulador reductor de presión es hacer coincidir el flujo de gas a través del regulador con la demanda de gas que se le deposita, manteniendo al mismo tiempo una presión de salida suficientemente constante. Si el flujo de carga disminuye, el flujo del regulador también debe disminuir. Si el flujo de carga aumenta, el flujo del regulador debe aumentar para evitar que la presión controlada disminuya debido a la escasez de gas en el sistema de presión. Es deseable que la presión controlada no varíe mucho del punto de ajuste para un amplio rango de caudales, pero también es deseable que el flujo a través del regulador sea estable y que la presión regulada no esté sujeta a oscilaciones excesivas.

Un regulador de presión incluye un elemento de restricción, un elemento de carga y un elemento de medición:

• El elemento de restricción es una válvula que puede proporcionar una restricción variable al flujo, como una válvula de globo, una válvula de mariposa, una válvula de asiento, etc.
• El elemento de carga es una pieza que puede aplicar la fuerza necesaria al elemento de restricción. Esta carga puede ser proporcionada por un peso, un resorte, un actuador de pistón o el actuador de diafragma en combinación con un resorte.
• El elemento de medición funciona para determinar cuándo el flujo de entrada es igual al flujo de salida. El diafragma en sí se usa a menudo como elemento de medición; puede servir como elemento combinado.

En el regulador de una sola etapa de la imagen, se utiliza un equilibrio de fuerza en el diafragma para controlar una válvula de asiento con el fin de regular la presión. Sin presión de entrada, el resorte por encima del diafragma lo empuja hacia abajo sobre la válvula de asiento, manteniéndolo abierto. Una vez que se introduce la presión de entrada, la válvula abierta permite el flujo al diafragma y la presión en la cámara superior aumenta, hasta que el diafragma se empuja hacia arriba contra el resorte, lo que hace que la válvula reduzca el flujo, deteniendo finalmente el aumento de presión. Al ajustar el tornillo superior, se puede aumentar la presión hacia abajo en el diafragma, lo que requiere más presión en la cámara superior para mantener el equilibrio. De esta manera, se controla la presión de salida del regulador.

F = ( P i − P o ) s + P o S + f {\displaystyle F=(P_{i}-P_{o})s+P_{o}S+f}

F : fuerza de resorte de diafragma {\displaystyle F:{\text{ fuerza de resorte de diafragma}}}

f: fuerza de resorte de asiento {\displaystyle f: {\text{ fuerza de resorte de asiento}}}
P i: presión de entrada {\displaystyle P_{i}: {\text {presión de entrada}}}
P o : presión de salida {\displaystyle P_{o}:{\text{ presión de salida}}}
s: área de asiento {\displaystyle s: {\text{ área de asiento}}}

S: área del diafragma {\displaystyle S: {\text {área del diafragma}}}

Regulador de una sola etapa

Regulador de presión de una sola etapa

El gas de alta presión del suministro ingresa al regulador a través del puerto de entrada. El manómetro de presión de entrada indicará esta presión. El gas pasa a través del orificio de la válvula de control de presión normalmente abierto y la presión aguas abajo aumenta hasta que el diafragma de accionamiento de la válvula se desvía lo suficiente para cerrar la válvula, evitando que más gas ingrese al lado de baja presión hasta que la presión vuelva a caer. El manómetro de salida indicará esta presión.

La presión de salida en el diafragma y la presión de entrada y la fuerza del resorte de válvula en la parte anterior de la válvula mantienen el conjunto de diafragma/resorte en la posición cerrada contra la fuerza del resorte de carga del diafragma. Si la presión de suministro cae, la fuerza de cierre debida a la presión de suministro se reduce, y la presión aguas abajo aumentará ligeramente para compensar. Por lo tanto, si la presión de suministro cae, la presión de salida aumentará, siempre que la presión de salida permanezca por debajo de la presión de suministro que cae. Esta es la causa de la descarga al final del tanque, donde el suministro es proporcionado por un tanque de gas presurizado. El operador puede compensar este efecto ajustando la carga del resorte girando la perilla para restaurar la presión de salida al nivel deseado. Con un regulador de una sola etapa, cuando la presión de suministro es baja, la presión de entrada más baja hace que la presión de salida suba. Si la compresión del resorte de carga del diafragma no se ajusta para compensar, la válvula puede permanecer abierta y permitir que el tanque descargue rápidamente el contenido restante.Regulador de doble etapa

Regulador de presión de dos etapas

Los reguladores de dos etapas son dos reguladores en serie en la misma carcasa que funcionan para reducir la presión progresivamente en dos pasos en lugar de uno. La primera etapa, que está preestablecida, reduce la presión del gas de suministro a una etapa intermedia; el gas a esa presión pasa a la segunda etapa. El gas emerge de la segunda etapa a una presión (presión de trabajo) establecida por el usuario ajustando el botón de control de presión en el muelle de carga del diafragma. Los reguladores de dos etapas pueden tener dos válvulas de seguridad, de modo que si hay exceso de presión entre etapas debido a una fuga en el asiento de la válvula de la primera etapa, la presión ascendente no sobrecargará la estructura y causará una explosión.

Un regulador de una sola etapa desequilibrado puede necesitar ajustes frecuentes. A medida que disminuye la presión de suministro, la presión de salida puede cambiar, lo que requiere un ajuste. En el regulador de dos etapas, hay una compensación mejorada para cualquier caída en la presión de suministro.

Aplicaciones

Reguladores reductores de presión

Compresores de aire

Los compresores de aire se utilizan en entornos industriales, comerciales y de talleres domésticos para realizar una variedad de trabajos que incluyen soplar cosas limpias, usar herramientas neumáticas e inflar cosas como neumáticos, bolas, etc. Los reguladores se utilizan a menudo para ajustar la presión que sale de un receptor de aire (tanque) para que coincida con lo que se necesita para la tarea. A menudo, cuando se utiliza un compresor grande para suministrar aire comprimido para múltiples usos (a menudo denominado «aire de taller» si se construye como una instalación permanente de tuberías en todo un edificio), se utilizarán reguladores adicionales para garantizar que cada herramienta o función por separado reciba la presión que necesita. Esto es importante porque algunas herramientas neumáticas, o los usos para aire comprimido, requieren presiones que pueden causar daños a otras herramientas o materiales.

Aviones

Los reguladores de presión se encuentran en la presurización de la cabina del avión, el control de presión del sello del dosel, los sistemas de agua potable y la presurización de guía de onda.

Aeroespacial

Los reguladores de presión aeroespaciales tienen aplicaciones en el control de presión de propulsión para sistemas de control de reacción (RCS) y Sistemas de Control de Actitud (ACS), donde están presentes altas vibraciones, grandes temperaturas extremas y fluidos corrosivos.

Cocción

Los recipientes presurizados se pueden utilizar para cocinar alimentos mucho más rápidamente que a presión atmosférica, ya que la presión más alta aumenta el punto de ebullición del contenido. Todas las ollas a presión modernas tendrán una válvula reguladora de presión y una válvula de alivio de presión como mecanismo de seguridad para evitar explosiones en caso de que la válvula reguladora de presión no libere la presión adecuadamente. Algunos modelos más antiguos carecen de una válvula de liberación de seguridad. La mayoría de los modelos de cocina casera están diseñados para mantener un ajuste de baja y alta presión. Estos ajustes suelen ser de 7 a 15 libras por pulgada cuadrada (0,48 a 1,03 bar). Casi todas las unidades de cocina casera emplearán un regulador de presión de una sola etapa muy simple. Los modelos más antiguos simplemente usarán un pequeño peso encima de una abertura que se levantará por una presión excesiva para permitir que el exceso de vapor escape. Los modelos más nuevos generalmente incorporan una válvula con resorte que se levanta y permite que la presión escape a medida que aumenta la presión en el recipiente. Algunas ollas a presión tendrán un ajuste de liberación rápida en la válvula reguladora de presión que, esencialmente, reducirá la tensión del resorte para permitir que la presión escape a una velocidad rápida pero segura. Las cocinas comerciales también usan ollas a presión, en algunos casos usan ollas a presión a base de aceite para freír rápidamente la comida rápida. Los recipientes a presión de este tipo también se pueden usar como autoclaves para esterilizar pequeños lotes de equipos y en operaciones de enlatado en el hogar.

Reducción de presión de agua

Regulador de presión para el suministro de agua doméstica. La presión de salida se ajusta con el volante azul y se muestra en la escala vertical.

Una válvula reguladora de presión de agua limita el flujo de entrada cambiando dinámicamente la apertura de la válvula de modo que cuando hay menos presión en el lado de salida, la válvula se abre completamente y demasiada presión en el lado de salida hace que la válvula se cierre. En una situación sin presión, donde el agua podría fluir hacia atrás, no se impedirá. Una válvula reguladora de presión de agua no funciona como válvula de retención.

Se utilizan en aplicaciones en las que la presión del agua es demasiado alta al final de la línea para evitar daños en electrodomésticos o tuberías.

Soldadura y corte

Los procesos de soldadura y corte con oxicombustible requieren gases a presiones específicas, y los reguladores generalmente se utilizarán para reducir las altas presiones de los cilindros de almacenamiento a aquellos utilizables para corte y soldadura. Los reguladores de oxígeno y gas combustible generalmente tienen dos etapas: La primera etapa del regulador libera el gas a una presión constante desde el cilindro a pesar de que la presión en el cilindro disminuye a medida que se libera el gas. La segunda etapa del regulador controla la reducción de presión de la presión intermedia a la baja presión. El caudal final puede ajustarse en la antorcha. El conjunto del regulador generalmente tiene dos manómetros, uno que indica la presión del cilindro, el otro que indica la presión de entrega. La soldadura por arco con protección de gas inerte también utiliza gas almacenado a alta presión proporcionado a través de un regulador. Puede haber un medidor de flujo calibrado para el gas específico.

Propano / Gas LP

Todas las aplicaciones de propano y gas LP requieren el uso de un regulador. Debido a que las presiones en los tanques de propano pueden fluctuar significativamente con la temperatura, los reguladores deben estar presentes para proporcionar una presión constante a los aparatos aguas abajo. Estos reguladores normalmente compensan las presiones del tanque entre 30-200 libras por pulgada cuadrada (2.1-13.8 bar) y comúnmente entregan 11 pulgadas de columna de agua 0.4 libras por pulgada cuadrada (28 mbar) para aplicaciones residenciales y 35 pulgadas de columna de agua 1.3 libras por pulgada cuadrada (90 mbar) para aplicaciones industriales. Los reguladores de propano difieren en tamaño y forma, presión de suministro y capacidad de ajuste, pero son uniformes en su propósito de proporcionar una presión de salida constante para los requisitos posteriores. Los ajustes internacionales comunes para los reguladores de gas LP domésticos son de 28 mbar para el butano y de 37 mbar para el propano.

Vehículos de gas

Todos los motores de vehículos que funcionan con gas comprimido como combustible (motor de combustión interna o grupo motopropulsor eléctrico con pilas de combustible) requieren un regulador de presión para reducir la presión del gas almacenado (GNC o Hidrógeno) de 700, 500, 350 o 200 bar (o 70, 50, 35 y 20 MPa) a la presión de funcionamiento.)

Vehículos recreativos

Para vehículos recreativos con fontanería, se requiere un regulador de presión para reducir la presión de un suministro de agua externo conectado a la fontanería del vehículo, ya que el suministro puede ser de una elevación mucho mayor que el del campamento, y la presión del agua depende de la altura de la columna de agua. Sin un regulador de presión, la presión intensa que se encuentra en algunos campamentos en áreas montañosas puede ser suficiente para romper las tuberías de agua del campista o desbancar las juntas de plomería, causando inundaciones. Los reguladores de presión para este propósito generalmente se venden como pequeños accesorios roscados que se ajustan en línea con las mangueras utilizadas para conectar un RV al suministro de agua, que casi siempre son compatibles con la manguera de jardín común.

Suministro de gas respirable

Los reguladores de presión se utilizan con cilindros de buceo para buceo. El tanque puede contener presiones de más de 3,000 libras por pulgada cuadrada (210 bar), lo que podría causar una lesión fatal por barotrauma a una persona que lo respira directamente. Un regulador controlado por demanda proporciona un flujo de gas respirable a la presión ambiental (que varía según la profundidad en el agua). Los reguladores reductores de presión también se utilizan para suministrar gas respirable a buceadores de superficie y a personas que usan aparatos respiratorios autónomos para trabajos de rescate y materiales peligrosos en tierra. El oxígeno suplementario para vuelos a gran altitud en aviones no presurizados y gases medicinales también se dispensa a través de reguladores reductores de presión del almacenamiento a alta presión.

Industria minera

A medida que la presión aumenta rápidamente en relación con la profundidad, las operaciones de minería subterránea requieren un sistema de agua bastante complejo con válvulas reductoras de presión. Estos dispositivos deben instalarse a un intervalo de distancia determinado, generalmente de 600 pies (180 m). Sin tales válvulas, las tuberías se reventarían fácilmente y la presión sería demasiado grande para el funcionamiento del equipo.

Industria del gas natural

Los reguladores de presión se utilizan ampliamente dentro de la industria del gas natural. El gas natural se comprime a altas presiones para ser distribuido en todo el país a través de grandes tuberías de transmisión. La presión de transmisión puede superar las 1,000 libras por pulgada cuadrada (69 bar) y debe reducirse a través de varias etapas a una presión utilizable para aplicaciones industriales, comerciales y residenciales. Hay tres ubicaciones principales de reducción de presión en este sistema de distribución. La primera reducción se encuentra en la puerta de la ciudad, mientras que la presión de transmisión se reduce a una presión de distribución para alimentar a toda la ciudad. Este es también el lugar donde el gas natural inodoro se odora con mercaptano. La presión de distribución se reduce aún más en una estación reguladora de distrito, ubicada en varios puntos de la ciudad, a menos de 60 psig. El corte final se produciría en la ubicación del usuario final. En general, la reducción del usuario final se lleva a presiones bajas que van de 0,25 psig a 5 psig. Algunas aplicaciones industriales pueden requerir una presión más alta.

Reguladores de contrapresión

• Mantener el control de presión ascendente en sistemas analíticos o de proceso
• Proteger el equipo sensible de daños por sobrepresión
• Reducir la diferencia de presión sobre un componente que no tolera grandes diferencias de presión.
• Líneas de venta de gas
• Recipientes de producción (p. ej., Separadores, tratadores de calentadores o eliminadores de agua libre)
• Líneas de ventilación o bengalas

Cámaras hiperbáricas

Cuando la caída de presión en un sistema de respiración incorporado el sistema de escape es demasiado grande, normalmente en los sistemas de saturación, se puede usar un regulador de contrapresión para reducir la caída de presión del escape a una presión más segura y manejable.

Cascos de buceo de recuperación

La profundidad a la que se utilizan la mayoría de las mezclas de respiración heliox en el buceo suministrado en superficie es generalmente de al menos 5 bar por encima de la presión atmosférica superficial, y el gas de escape del buceador debe pasar a través de una válvula de recuperación, que es una válvula de contrapresión controlada por demanda activada por el aumento de presión en el casco del buceador causado por la exhalación del buceador. La manguera de recuperación de gas que transporta el gas exhalado de vuelta a la superficie para su reciclaje no debe tener una diferencia de presión demasiado grande con respecto a la presión ambiente del buceador. Un regulador de contrapresión adicional en esta línea permite un ajuste más fino de la válvula de recuperación para un trabajo de respiración más bajo a profundidades variables.

Ver también

• Sistema de respiración incorporado: Sistema para el suministro de gas respiratorio bajo demanda dentro de un espacio confinado
• Válvula de control: Dispositivo de control de flujo
• Sistema de control de retroalimentación negativa utilizado para reducir las desviaciones del valor deseado

• Animaciones de Presión

Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Reguladores de presión.